Дипломная работа: Автоматизация резервуарного парка нефтеперекачивающей станции

1.6.2 Сепарация воды

Нефть, как правило, с добывающих скважин поступает в нефтепровод в сыром виде. Это означает, что в ее состав, кроме всех прочих примесей, входит и так называемая подтоварная вода. При транспортировке по нефтепроводу нефть идет под давлением, и поэтому не может быть отделена от воды. Однако когда она попадает в резервуары, вследствие разности плотности воды и нефти часть воды можно отделить. При отстое подтоварной воды необходимо следить за тем, чтобы ее уровень в резервуаре не превысил допустимой нормы. Как только этот уровень превышается, вода должна автоматически сливаться в канализацию. Это делается ддя того, чтобы наиболее эффективно использовать объем резервуара.

1.6.3 Пути снижения образования парафина

По трубопроводу может идти нефть самого различного качества. Иногда встречаются нефтяные месторождения, на которых добывается нефть с высоким содержанием парафина и смол. Транспортировка такой нефти затруднена тем, что при понижении температуры парафин и смолы затвердевают и нефть превращается в густую эмульсию. Движение такой нефти затрудняется, а застывший парафин и смолы образуют на стенках трубопровода наросты. Эти наросты вредны тем, так как они уменьшают рабочий диаметр трубы и тем самым снижают пропускную способность трубопровода. Когда загустевшая нефть попадает из нефтепровода в резервуар, парафин и смолы забивают проходы приемных и раздаточных патрубков, опять-таки снижая пропускную способность всего резервуарного парка. Кроме того, парафин оседает на стенках резервуаров и в значительной степени снижает эффективность использования резервуаров.

Чтобы избежать этого нежелательного явления, нефть подогревают в печах, устанавливаемых на трассе нефтепровода. Пункты подогрева сооружают совмещенными с резервуарными парками или располагают между ними. Расстояние между пунктами подогрева может изменяться в пределах от 60 до 80 000 м. Число печей, установленных на пунктах подогрева зависит от производительности нефтепровода. На горячем нефтепроводе, проходящем через западноказахстанскую область, установлены печи с пропускной способностью 600 м3/ч. Нефть подходит к печам подогрева с температурой до 309К. В печах нефть подогревается до 341K и поступает в магистраль для дальнейшей транспортировки, при этом топливом для печей служит транспортируемая по нефтепроводу нефть. Это позволяет существенно уменьшить нарастание парафина и повысить качество транспортируемой нефти.

1.7 Механический расчет резервуаров

1.7.1 Расчет стенки резервуара

Основной нагрузкой при расчете стенки резервуара на прочность является гидростатическое давление жидкости. От этой нагрузки в стенке возникают только кольцевые напряжения.

Расчет толщины стенки резервуара будет производится с учетом избыточного давления:

(1.1)

где - допускаемое напряжение; - плотность нефти; - радиус резервуара; - величина избыточного давления.

Напряжения в стенках резервуара при гидростатической нагрузке определяются с учетом максимального заполнения резервуаров. Следует иметь в виду, что наибольшее напряжение в каждом поясе корпуса будет не снизу, где гидростатическое давление достигает наибольшей величины, а примерно на расстоянии 300 мм выше его нижней кромки. Это объясняется частичной заделкой каждого пояса в лежащий ниже пояс, а самого нижнего пояса -- в днище резервуара.

Кольцевое напряжение определяется из выражения:

(1.2)

Кольцевые растягивающие напряжения вызывают увеличение радиуса резервуара и с учетом формулы избыточного давления, выглядит следующим образом:

(1.3)

Данные для расчета:

Высота резервуара Н 14900

Диаметр резервуара d 20920

Материал стенки Ст.З

Количество поясов 8

Плотность хранимого нефтепродукта 740 кг/м3

Избыточное давление Р _из 2 кПа

Допускаемое напряжение для стали [] 157кН/м2

Сведем рассчитанные данные в таблицу

Таблица 1.1 -

Из таблицы видно, что максимальные кольцевые напряжения возникают в 5-м поясе при толщине листов пояса = 5 мм, = 1038.10 Н/м², но они ниже допустимого.

Величины толщины стенки по поясам, расчетного кольцевого напряжения и радиального перемещения дают основание утверждать, что толщины листов приняты правильно.

1.7.2 Расчет на устойчивость от вакуума

Известно, что при эксплуатации резервуаров с понтоном возникающие нагрузки от вакуума незначительны.

По формуле Мизеса определим устойчивость от вакуума, т. е. величину критической нагрузки:

(1.4)

-- радиус корпуса, м; -- число волн в кольцевом направлении; -- длина оболочки (расстояние от днища до верха цилиндрической части корпуса), м;

-- коэффициент Пуассона;

-- модуль упругости материала, Н/м²;

-- толщина стенки резервуара, мм.

Расчетная нагрузка вычисляется по выражению:

(1.5)

-- коэффициент запаса, = 1,2. Если , то кольца жесткости не требуются.

При = 4 мм, =10,46 м, = 14,9 м, = 0,3, = 2,06•10⁶ и числе волн = 18 получаем:

=427, 68 H/м²

Из данных расчетов следует, что для пустого резервуара вакуум не представляет особой опасности.

1.7.3 Статический расчет

В сварных конструкциях резервуара нижний узел заделан и в связи с этим в нем возникает напряженное состояние, требующее специальных исследований и расчета, способ которого разработан М.К. Сафаряном и М.Н. Ручимским.

Данные для расчета

Емкость резервуара 5000 м³

Диаметр резервуара d 20920 мм

Высота резервуара Н 14900 мм

Толщина стенки первого пояса 8 мм

Толщина окрайков днища 10мм

Модуль упругости стали 2,1•10⁵ МПа

Коэффициент Пуассона для стали 0,3

Нагрузка на единицу длины окружности:

, (1.6)

и -- вес стенок и покрытия резервуара; -- диаметр резервуара.

кН/м.

Равномерно распределенное гидростатическое давление:

МПа. (1.7)

Определим основные характеристики резервуара.

Цилиндрическая жесткость стенки

, (1.8)

-- модуль упругости; -- коэффициент Пуассона для стали.

Н•м.

, (1.9)

Н•м.

Цилиндрическая жесткость днища:

, (1.10)

Н•м.

Коэффициент деформации стенки:

, (1.11)

.

Коэффициент постели основания может принимать значения 3ч20 кг/см³ (принимаем = 5 кг/см³ = 5.104 Н/м³). Тогда коэффициент деформации днища:

,

.

Перемещение стенки:

, (1.13)

, (1.14)

, (1.15)

, -- цилиндрическая жесткость и коэффициент деформации стенки соответственно.

(1.16)

(1.17)

-- коэффициент постели стенки; -- удельный вес продукта. = 9,10^-4.

,

,

,

,

Определим перемещение днища.

Расстояние от наружной стенки до края днища с = 50 мм. Предварительно, при помощи таблиц (А. А. Уманский "Специальный курс строительной механики"), находим значение функций при аргументе

:

;

;

;

.

Перемещение днища:

, (1.18)

1/кг,

, (1.19)

,

, (1.20)

,

где -- коэффициент постели песчаного основания. Решим канонические уравнения:

, (1.21)

, (1.22)

.

Решим систему уравнений

(1.23)

Откуда получим:

кН/м; кН/м.

Максимальные напряжения изгиба в середине стены равны:

, (1.24)

МПа (1.25)

Рассчитанные напряжения оказались ниже предельно допустимых, толщины листов первого пояса являются достаточными.

При этом необходимо учесть, что кроме этих напряжений, действующих в вертикальной плоскости, действуют кольцевые напряжения, которые достигают своего максимума на расстоянии 300-400 мм от узла и затем уменьшаются к узлу до нуля.

Анализ показывает, что и с учетом этих напряжений общее напряженное состояние нижнего узла будет в допустимых пределах, если нет других концентратов напряжений в виде дефектов сварных швов и пр.

1.7.4 Расчет потерь нефти из резервуара от малых дыханий

Исходные данные

Высота налива 7 м

Географическая широта 54°48

Максимальная температура воздуха 305 К

Минимальная температура воздуха -291 К

Продолжительность дня 16,7 ч

Резервуар окрашен алюминиевой краской

Нагрузка дыхательных клапанов

Р_к.в 196,2 Па

Р_к.д 1962 Па

Барометрическое давление 0,10132 Па

Погода солнечная

Температура начала кипения бензина Т_н.к 319 К

Плотность нефтепродукта р 720 кг/м³

Давление насыщенных паров при 311 К p_s 44 кПа

Площадь зеркала нефтепродукта:

, (1.26)

d -- диаметр резервуара.

Средняя высота газового пространства (ГП):

, (1.27)

Н -- высота боковых стенок вертикальной части резервуара; Н_нал -- высота налива нефти в резервуаре; ?V -- объем, ограничиваемый поверхностью крыши и плоскостью, проходящей через верхний срез цилиндрической части резервуара (для вертикальных цилиндрических резервуаров с конической крышей , где Н_К -- высота конуса крыши):

м.

Объем ГП резервуара:

, (1.28)

м

Вычисли молярную массу бензиновых паров при средней температуре кипения фракций, находящихся в парах Т_и = 289 К. Ее можно определить по формуле Воинова в зависимости от Т_и:

, (1.29)

, (1.30)

Т_н.к -- температура начала кипения бензина.

кг/моль.

Определим газовую постоянную паров бензина:

, (1.31)

Дж/(моль•К) -- универсальная газовая постоянная; М --молярная масса паров бензина.

Дж/(кг•К)

Среднюю температуру нефтепродукта принимаем равной средней температуре воздуха, определяемое как среднеарифметическое между максимально Т_в.max и минимальной Т_в.min температурами воздуха:

, (1.32)

К.

Определим теплопроводность и теплоемкость бензина при его средней температуре:

(1.33)

Вт/(м•К)

(1.34)

Дж/(кг•К)

Рассчитаем коэффициент температуропроводности бензина:

, (1.35)

- коэффициент теплопроводности нефтепродукта; - плотность нефтепродукта при температуре Т_н.ср; - теплоемкость нефтепродукта.

м²/ч.

По графику находим расчетное склонение Солнца на 3 мая и вычислим интенсивность солнечной радиации по формуле Кастрова-Савинова:

, (1.36)

-- коэффициент прозрачности атмосферы, зависящий от ее влажности (облачности), запыленности и т. д.

Вт/м²

Найдем площадь проекции поверхности стенок, ограничивающих ГП резервуара на вертикальную и горизонтальную плоскости:

F_B = 22,76•5,09 = 115,85м²,

F_H = 406,64 м².

Определим F₀:

, (1.37)

F_B и F_H -- площади проекций поверхности стенок, ограничивающих ГП резервуара (включаю крышу) на вертикальную и горизонтальную плоскости соответственно; -- географическая широта места установки резервуара; -- расчетное склонение Солнца на данный день (или при усредненных расчетах в среднем для данного периода времени).

м2.

Определим площадь поверхности стенок, ограничивающих ГП резервуара:

м2.

Количество тепла, получаемого 1 м² стенки, ограничивающей ГП стенки, за счет солнечной радиации будет равно:

, (1.38)

-- степень черноты внешней поверхности резервуара; -- площадь проекции стенок ГП резервуара на плоскость, нормальную к направлению солнечных лучей в полдень; -- интенсивность солнечной радиации.

Вт/м².

По графикам находим коэффициенты теплоотдачи в Вт/(м²•К):

; ;

; ;

; ;

;;

;.

Далее вычисляем

; (1.39)

и -- приведенные коэффициенты теплоотдачи в ночное и дневное время соответственно; и -- коэффициенты теплоотдачи от стенки резервуара нефтепродукту через ГП в ночное и дневное время соответственно.

Вт/(м²•К),

Вт/(м²•К).

Найдем приведенные коэффициенты теплоотдачи от стенки нефтепродукту: